0 引言

目前，国内外页岩气水平井主要采用常规的以60°为相位角的螺旋分簇射孔工艺。该工艺技术具有改造效果好、增产优势明显的特点，尤其是针对页岩、致密砂岩等气藏，压后易形成复杂的裂缝网络［1］。然而，国内外研究和现场微地震监测表明，水平井压后效果在很大程度上取决于水平井井眼轨迹方向与压后水力裂缝方向的关系，只有当水力裂缝垂直于水平井眼时，其压后效果最佳。采用常规分簇射孔技术进行射孔后，压裂时水力裂缝沿着垂直于地层最小主应力的方向扩展，裂缝延伸方向不能控制，在水平井分段压裂中极有可能造成相邻改造段水力裂缝的串通，尤其是层理发育的页岩储层，从而导致整口水平井水力裂缝体积受限，最终影响改造效果。因此，保证压后水力裂缝延伸方向垂直于水平井井筒轴向才能获得预期的水力裂缝网络，而定面射孔工艺在一定程度上满足了此要求。该工艺是由斯伦贝谢公司非常规油气技术中心的Iran Walton在对比研究传统纵向压裂与横向平面压裂之间差异的基础上提出的［2-3］。

1 定面射孔技术

1.1 技术原理

定面射孔技术采用特殊的超大孔径射孔弹与布弹方式，每簇有3发射孔弹，射孔后，在垂直于套管轴向同一横截面上形成多个孔眼［4］（见图1）。而多个孔眼在套管同一截面上呈圆周排布，可形成沿井筒径向的应力集中，与常规螺旋布孔方式相比，有利于破碎岩石，从而降低地层破裂压力。同时，压裂时水力裂缝更易沿着破裂应力集中的面，向垂直于水平井筒的方向扩展，从而控制近井筒水力裂缝的延伸方向，避免相邻改造段之间的水力裂缝相互串通，提高裂缝整体改造体积。

图1 定面射孔示意

1.2 国内研究及应用现状

目前，定面射孔工艺已在国内致密砂岩气藏进行了广泛的应用。2013年，定面射孔技术在吉林油田现场应用23口井，施工层数达61层，射孔成功率100%。射孔后进行水力压裂，地层破裂压力明显降低。投产后，采用定面射孔的水平井产液量和产油量比采用常规射孔的水平井有明显提高，取得良好的应用效果。国内学者建立了水平井定面射孔局部地应力计算模型，分析了定面射孔水力裂缝起裂特征。对于正断层和逆断层这2种地应力场类型，采用定面射孔方式，均可实现裂缝首先在射孔平面上起裂。正断层型地应力场条件下可形成宽而短的垂直缝，逆断层型地应力场条件下易形成长而窄的转向缝。同时，定面射孔压裂的起裂压力均较螺旋射孔低。该研究仅以致密砂岩气藏为对象进行，对于页岩气藏，国内尚未开展［5-11］。

秦风是新来的转校生，老家重庆。他的到来在班上引起了小小的震动，毕竟平日里的学习生活太单调枯燥了，突然来了一个新同学，大家都充满了好奇。可他太腼腆，只是低着头害羞的笑，大家热闹一阵子也就散了。我作为班长，希望秦风能够早点融入班集体，更何况他还是我的新同桌，而且老师也希望我能够帮助他，让他早日熟悉学校里的一切。

图2展示了在国内某口致密砂岩气藏定面射孔后多臂井径仪测井成像结果情况，显示三孔均在同一截面上（图中红色锥形）。

晏元献公……真宗特宠待之，每进见劳问，及所以任属之者，群臣莫能及。皇太子就书学，公以选入侍。太子即皇帝位，是为仁宗。公遂管国枢要，任政事，位宰相。［7］210

图2 多臂井径仪定面射孔成像测井结果

2 定面射孔与螺旋射孔对比实验

定面射孔井筒：单簇射孔，含6个射孔面，每2个面间距1 cm，面与面之间呈螺旋式排列，相位角60°，每面3孔，孔间夹角均为60°。从井口到井底对射孔面依次进行编号，对每个射孔面的3个射孔分别编号为a，b，c，如图 3a 所示。

2.1 实验准备

通过室内大物模实验，模拟采用定面射孔和螺旋射孔2种不同方式，对比分析岩样压裂后水力裂缝的起裂特征以及压裂过程中的压力情况［12］。

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从表1可以看出，采用定面射孔后，近井筒摩阻与孔眼摩阻都得到了有效改善。尤其是近井筒摩阻，降低了整个压裂施工初期的总摩阻，从而降低了施工压力。另外，由于近井筒摩阻大幅降低，对于页岩压裂，在一定程度上减少了近井筒附近水力裂缝的复杂程度，其裂缝形态更趋于单一。这种情况不仅有利于降低施工难度，更重要的是，有利于形成所希望的页岩压后的水力裂缝形态：近井筒形成较为单一的主裂缝，在水力裂缝向前扩展远端形成复杂的多裂缝网络。

岩样：实验采用水泥试样，尺寸为300 mm×300 mm×300 mm。

压裂液：现场实际使用滑溜水体系，压裂液中添加绿色荧光剂，便于观察实验后水力裂缝的延伸情况。

2.2 实验条件

模拟定面射孔的岩样压裂后，水力裂缝在孔眼处起裂并扩展形成一条扇形的横切缝，如图4a所示。破裂压力15.76 MPa，裂缝起裂后，泵压瞬间降至7 MPa左右，压力保持稳定；而模拟螺旋射孔的岩样压后则形成一条径向扩展的裂缝，如图4b所示。破裂压力23.90 MPa，裂缝起裂后，压力持续波动。

在车牌定位模型中改进了Yolov2模型,重组了特征图,融合多级细粒度特征,以适应车牌在输入图片中的结构化特征。为验证其有效性,以上述自制数据集作为实验数据,比较Yolov2模型、Yolov2模型与不同特征图重组、及FAST RCNN所训练的检测器效果如图5所示,训练时为避免过拟合及提升速度,选用动量常数为0.9,学习率为动态衰减,初始值为0.001,衰减步长为10000,衰减率为0.1,批大小为10,共迭代10次,批迭代次数为5000,框架为Darknet。

2.3 实验结果及分析

大物模压裂实验过程中的压裂液、岩样应力特征、施工排量等实验条件均模拟现场实际情况。其中：水平应力差模拟实际现场12 MPa，实验时加载在试样上的最大水平应力为18 MPa，最小水平应力为6 MPa；排量60 mL/min，等同于现场10 m3/min排量；压裂液采用现场使用的滑溜水，黏度为3 mPa·s。

河道工程配套后，水库就可以正常进行防洪调度。水库汛限水位为937 m。当遇到标准以内洪水时，水库按下游有保护对象方式进行调度，开启输水洞及泄洪洞闸门实行控泄，使Q泄≤Q安，也就是最大泄量小于等于598 m3/s，使水库水位保持937 m，如果来水流量大于最大下泄流量，则水库水位升高，水位升到的最高值，即为防洪高水位。

图3 射孔井筒示意

图4 射孔实验压力曲线

CNH-X井是四川盆地某构造上的一口页岩气水平井，为了对比定面射孔与螺旋射孔在实际压裂施工中的效果，在该井的第1段、第5段分别采用定面射孔工艺和60°相位角的螺旋射孔工艺。根据前期室内实验结果，定面射孔和螺旋射孔工艺在压裂时破裂压力有较明显的差异［13-17］。因此，压裂施工结束后，利用压裂软件对现场施工实时数据进行了分析。定面射孔和螺旋射孔压裂参数对比见表1。

图5 射孔后水力裂缝形态

3 实例应用

在一定的地应力条件下，定面射孔与螺旋射孔压裂均可产生横切裂缝面。如图5所示，定面射孔产生的裂缝面具有定向性，裂缝起裂后迅速扩展至边界，而螺旋射孔起裂时则形成径向裂缝面，均匀向四周扩展。由于定面射孔多孔眼共面（如图5a中黄色线框中的1，2，3号裂缝），易形成扇形的张应力集中带，可大幅降低破裂压力。

表1 定面射孔和螺旋射孔压裂参数对比

射孔工艺施工排量/（m3·min-1）总摩阻系数近井筒摩阻系数孔眼摩阻系数近井筒摩阻/MPa孔眼摩阻/MPa定面射孔 12 41.2 76.9 0.09 4.2 2.60螺旋射孔 12 124.5 271.7 0.16 12.5 4.26

螺旋射孔井筒：单簇射孔，含6个射孔眼，每2个孔眼间距1 cm，呈螺旋式排列，相位角60°，从井口到井底对射孔眼依次进行编号，如图3b所示。

随后采用软件、现场实际施工泵注参数，对定面射孔段和螺旋射孔进行裂缝参数模拟。结果显示，采用定面射孔的改造段，压后裂缝参数均优于螺旋射孔段，如图6所示。

图6 射孔段裂缝参数模拟

4 结论

1）定面射孔工艺相对于常用的60°相位角螺旋射孔工艺，有利于降低近井筒摩阻，有利于页岩压后在近井筒形成主裂缝，促进水力裂缝尽量向前延伸，增加了在远端形成复杂裂缝的可能性。

2）定面射孔工艺在射孔方向形成应力集中面，一方面有利于降低地层破裂压力，另一方面有利于水力裂缝按预期设计的方向延伸。

3）由于室内实验采用的岩样属于人造岩心，对于页岩压后水力裂缝的起裂、延伸及形态特征有一定借鉴意义。建议在室内实验条件具备的情况下，尽可能选用实际页岩岩心或者储层露头，以研究不同射孔工艺对于页岩压后水力裂缝延伸及形态的影响。

4）由于该井在压裂过程中没有进行微地震监测或其他裂缝监测手段，对压后实际水力裂缝的延伸情况以及裂缝形态尚不能解释清楚。建议今后利用有效手段，进一步深入研究定面射孔工艺对水力裂缝的起裂机理以及裂缝延伸、形态的影响。

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